CN117379964A - 一种水泥窑炉用智能化sncr脱硝系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水泥窑炉用脱硝技术领域，且公开了一种水泥窑炉用智能化SNCR脱硝系统，包括输送泵站、储液罐、加压泵站、分配装置，其特征在于，还包括智能控制系统和在线调节喷射系统，所述的在线调节喷射系统布置位置包括分解炉出口、鹅颈管、鹅颈管下降管道、最下一级旋风筒进。本发明能够通过SNCR系统每个喷射点均配置一个在线调节喷射系统，在线调节喷射系统在智能控制系统的指导下，能实时调整每支喷枪的插入炉内的深度、插入角度及最适宜的喷枪型式，通过高精度调节阀来实时精准调节各支喷枪的喷氨量及压缩空气量，且通过实时调整，使每支喷枪均能处于最佳工作状态，在提高系统脱硝效率的同时，也能有效的降低氨水的使用量。
Description
技术领域
本发明涉及水泥窑炉用脱硝技术领域，具体为一种水泥窑炉用智能化SNCR脱硝系统及其控制方法。
背景技术
随着技术的发展，水泥行业环保要求愈发严格，如何在满足不断提高的环保指标的同时，有效降低环保系统运行成本，成为行业的一大难题。
现阶段SNCR脱硝系统在水泥窑炉脱硝中依然处于主力位置，水泥行业的SNCR脱硝技术经历十几年的发展，分层布置的精准脱硝技术已经成为了行业的首选，但是随着研究的不断深入，特别是CFD技术的引进，让我们认识到水泥窑炉内的流场，温度场及粉尘颗粒的分布，还原性气氛的分布时刻都在发生波动，同时原燃料的不确定性也加剧了这些波动，现场运行表明，即使是相同的煤种，由于喂煤量的少许波动，均能引起分解炉内氮氧化物的剧烈波动，且在窑炉的同一水平截面处，各点的氮氧化物及气氛组成均有较大差异。而这些波动差异，对每支喷枪的脱硝效率都会产生影响，故当前的精准SNCR脱硝系统，面对这些波动，表现出了以下不足：
1.喷枪插入炉内的角度及深度无法根据生产工况的波动智能调节；
2.喷枪型式单一，无法感知是否与喷射点的工况匹配，而不同型式的喷枪，喷射雾距，覆盖面积各有优缺；
3.简单的认为双系列预热器左右列旋风筒风量及流场，温度场分布相同，以及分解炉同一圆周截面的各处流场，温度场及气体成分组成也相同，故该处每支喷枪分配的喷氨量也应相同，没有单独调节每支喷枪的流量。
插入角度及插入深度无法在线调节，喷枪型式太过单一，导致氨水无法实时喷射到炉内最佳脱硝区域，针对以上现有水泥行业精准SNCR脱硝系统的不足及行业急迫需求，本发明提供一种智能化SNCR脱硝技术，其能在生产线波动的情况下，智能调节每支喷枪的喷氨量及插入角度，插入深度及喷枪型式，精准的分析出氮氧化物浓度分部最浓区域及最佳脱硝区域，让每支喷枪均随着生产的波动而动态调整，进而始终保证整个系统脱硝效率处于较高水平，最大程度的节约氨水用量，因此，提出一种水泥窑炉用智能化SNCR脱硝系统及其控制方法显得非常必要。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对以上现有水泥行业精准SNCR脱硝系统的不足及行业急迫需求，本发明提供一种智能化SNCR脱硝技术，其能在生产线波动的情况下，智能调节每支喷枪的喷氨量及插入角度，插入深度及喷枪型式，始终保证整个系统脱硝效率处于较高水平，最大程度的节约氨水用量。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种水泥窑炉用智能化SNCR脱硝系统，包括输送泵站、储液罐、加压泵站、分配装置，其特征在于，还包括智能控制系统和在线调节喷射系统，所述的在线调节喷射系统布置位置包括分解炉出口、鹅颈管、鹅颈管下降管道、最下一级旋风筒进、出口及筒体锥部位置等区域；所述智能控制系统包括窑炉的氮氧化物浓度预测模块、工况判断模块、喷枪优选模块、喷氨量控制模块。
作为本发明再进一步的方案，所述在线调节喷射系统包括喷枪调节装置、喷枪组。
进一步的，所述喷枪节装置包括插入角度调节功能、插入深度调节功能及喷枪型式调节功能。
一种水泥窑炉用智能化SNCR脱硝控制方法，包括以下步骤：
S1：智能控制系统中窑炉的氮氧化物浓度预测模块根据烧成系统实时运行参数，并结合原燃料成分测验值，同时实时关联头尾煤的下料量及其波动速率，头尾煤数据要精确到千克级，来预测窑炉氮氧化物浓度分布及窑炉中各喷枪处流速分布、气氛组成，预测值反馈至喷氨量控制模块，进而通过分配装置对总氨水用量进行调节控制；
S2：智能控制系统结合各喷氨点的核心参数对各喷氨点的脱硝效率进行评级，根据评级结果控制调节各喷氨点的喷枪组的具体喷射量；
S3：智能控制系统中已包含喷枪雾距、穿透力度、雾粒细度与水压、气压关系数据库，在对喷射量控制的同时，其能根据各喷氨点的温度分布、粉尘、气体流速、气氛组成等参数，实时调整喷枪的插入角度、插入深度，使喷枪喷雾效果和脱硝效果达到与此处工况相配的最佳状态。
S4：智能控制系统根据根据各喷氨点的温度分布、粉尘、气体流速、气氛组成等参数，分析并反馈此处最优的喷枪型式至中央控制室，进而指导在线调节喷射系统选择最佳喷枪型式。
在前述方案的基础上，智能控制系统能根据各喷射点的温度分布、流场及气氛组成反馈至中央控制室，进而判断并反馈此处喷枪组的具体哪种型式更适合此处工况，并自动选择、使用该型式喷枪。
进一步的，所述喷枪组中各喷枪的气、液路压力均能单独调节，智能控制系统通过分配装置来调节气、液路压力，对喷枪的喷射距离及雾化程度进行小范围精确调整，以达到在线调节喷射系统与此处气体浓度分部进一步相匹配。
作为本发明再进一步的方案，所述在线调节喷射系统分层布置，每个喷射点均布置一套。
在前述方案的基础上，其特征在于:通过对当前烧成工况的综合判断，智能调整每支喷枪的气、液流量及压力，喷枪组的插入角度、插入深度及喷枪型式。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种水泥窑炉用智能化SNCR脱硝系统及其控制方法，具备以下有益效果：
1、本发明能够通过智能控制系统实时采集整个水泥窑系统的产量，各级旋风筒的进出口温度，压力，分解炉上、中、下各部位的温度、压力，C1旋风筒出口的NOx、CO、SO2、温度、压力，高温风机实时电流、电压值，高温风机转速、进出口压力，窑进口温度，窑主电机电流，二次风温，三次风温，窑头，窑尾喂煤量，窑喂料量，分级燃烧风管，分料阀，分煤阀阀门开度，烟室温度，烟室NOx、CO含量，煤粉种类及工业分析数据，入窑生料分析等生产线参数。根据这些特征参数来实时预测窑炉氮氧化物初始浓度以控制氨水喷射总量，并分析、计算SNCR系统中每处喷枪组所需的最优喷氨量及插入深度，喷枪插入角度，进而自动指导分配装置调节阀及喷射装置执行相应动作，调节到位。
2、本发明能够通过SNCR系统每个喷射点均配置一个在线调节喷射系统，在线调节喷射系统在智能控制系统的指导下，能实时调整每支喷枪的插入炉内的深度、插入角度及喷枪型式。
3、本发明能够通过SNCR系统配置分配装置，分配装置在智能控制系统的指导下，通过高精度调节阀来实时精准调节各支喷枪的喷氨量及压缩空气量。
4、本发明能够通过实时调整，使每支喷枪均能处于最佳工作状态，在提高系统脱硝效率的同时，也能有效的降低氨水的使用量，降低运行成本。
附图说明
图1为本发明提出的一种水泥窑炉用智能化SNCR脱硝系统及其控制方法的工艺流程示意图。
图中：1、智能控制系统；1-1、浓度预测模块；1-2、工况判断模块；1-3、喷枪优选模块；1-4、喷氨量控制模块；2、输送泵站；3、储液罐；4、加压泵站；5、分配装置；6、在线调节喷射系统；6-1、喷枪调节装置；6-2、喷枪组。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参照图1，一种水泥窑炉用智能化SNCR脱硝系统，包括输送泵站2、储液罐3、加压泵站4、分配装置5，还包括智能控制系统1和在线调节喷射系统6，的在线调节喷射系统6布置位置包括分解炉出口、鹅颈管、鹅颈管下降管道、最下一级旋风筒进、出口及筒体锥部位置等区域；智能控制系统1包括窑炉的氮氧化物浓度预测模块1-1、工况判断模块1-2、喷枪优选模块1-3、喷氨量控制模块1-4，在线调节喷射系统6包括喷枪调节装置6-1、喷枪组6-2，喷枪节装置6-1包括插入角度调节功能与插入深度调节功能及喷枪型式调节功能，智能控制系统根据整个烧成系统的重要特征参数，及原燃料测试值来预测窑炉氮氧化物初始浓度及各处的流场，温度场，气氛组成分布，并计算SNCR系统即将需要的总喷氨量及系统中每支喷枪需要分配的最优喷氨量及每支喷枪的最佳插入深度，插入角度，并分别向分配装置及各支喷枪的调节装置发布动作指令，同时反馈每个喷射点最优的喷枪型式。
本发明还提出了一种水泥窑炉用智能化SNCR脱硝控制方法，包括以下步骤：
S1：智能控制系统1中窑炉的氮氧化物浓度预测模块1-1根据烧成系统实时运行参数，并结合原燃料成分测验值，同时实时关联头尾煤的下料量及其波动速率，头尾煤数据要精确到千克级，来预测窑炉氮氧化物浓度分布及窑炉中各喷枪处流速分布、气氛组成，预测值反馈至喷氨量控制模块1-4，进而通过分配装置5对总氨水用量进行调节控制；
S2：智能控制系统1结合各喷氨点的核心参数温度分布、粉尘量、气体流速及气氛组成对各喷氨点的脱硝效率进行评级，根据评级结果控制调节各喷氨点的喷枪组6-2的具体喷射量；
S3：智能控制系统1中已包含喷枪雾距、穿透力度、雾粒细度与水压、气压关系数据库，在对喷射量控制的同时，其能根据各喷氨点的温度分布、粉尘、气体流速、气氛组成等参数，实时调整喷枪的角度、位置，使喷枪喷雾效果和脱硝效果达到与此处工况相配的最佳状态。
S4：智能控制系统1根据根据各喷氨点的温度分布、粉尘、气体流速、气氛组成等参数，分析并反馈此处最优的喷枪型式至中央控制室，进而指导在线调节喷射系统6选择最佳喷枪型式。
本发明中，智能控制系统1能根据各喷射点的温度分布、流场及气氛组成反馈至中央控制室，进而判断并反馈此处喷枪组6-2的具体哪种型式更适合此处工况，并自动选择、使用该型式喷枪制系统1通过分配装置5来调节气、液路压力，对喷枪的喷射距离及雾化程度进行小范围精确调整，以达到在线调节喷射系统6与此处气体浓度分部进一步相匹配，在线调节喷射系统6分层布置，每层布置2至4个，每个喷射点均布置一套，其特征在于:通过对当前烧成工况的综合判断，智能调整每支喷枪的气、液流量及压力，喷枪组6-2的插入角度、插入深度及喷枪型式，在线调节喷射系统在接收到智能控制系统的指令后，通过执行器的动作来调节相应喷枪的插入角度及插入深度，分配装置接收指令后，通过装置里调节阀的开度大小及流量计的反馈，来调整系统中每支喷枪的喷氨量及配套压缩空气量系统喷枪组分层布置，以便始终有喷枪处于最佳脱硝工况，来达到提高脱硝效率的目的智能控制系统在指导系统运行的同时，具备自学习能力，当生产参数发生变动大时，其能根据出现的新的特征参数来测试、学习，扩大自己的数据库，实时优化、提升自身脱硝效果。
工作原理：智能控制系统实时采集整个水泥窑系统的产量，各级旋风筒的进出口温度，压力，分解炉上、中、下各部位的温度、压力，C1旋风筒出口的NOx、CO、SO2、温度、压力，高温风机实时电流、电压值，高温风机转速、进出口压力，窑进口温度，窑主电机电流，二次风温，三次风温，窑头，窑尾喂煤量，窑喂料量，分级燃烧风管，分料阀，分煤阀阀门开度，烟室温度，烟室NOx、CO含量，煤粉种类及工业分析数据，入窑生料分析等生产线参数。根据这些特征参数来实时预测窑炉氮氧化物初始浓度以控制氨水喷射总量，并分析、计算SNCR系统中每处喷枪组所需的最优喷氨量及插入深度，喷枪插入角度，进而自动指导分配装置调节阀及喷射装置执行相应动作，调节到位，SNCR系统每个喷射点均配置一个在线调节喷射系统，在线调节喷射系统在智能控制系统的指导下，能实时调整每支喷枪的插入炉内的深度及插入角度，SNCR系统配置分配装置，分配装置在智能控制系统的指导下，通过高精度调节阀来实时精准调节各支喷枪的喷氨量及压缩空气量，此系统通过实时调整，使每支喷枪均能处于最佳工作状态，在提高系统脱硝效率的同时，也能有效的降低氨水的使用量，降低运行成本。
在该文中的描述中，需要说明的是，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种水泥窑炉用智能化SNCR脱硝系统，包括输送泵站(2)、储液罐(3)、加压泵站(4)、分配装置(5)，其特征在于，还包括智能控制系统(1)和在线调节喷射系统(6)，所述的在线调节喷射系统(6)布置位置包括分解炉出口、鹅颈管、鹅颈管下降管道、最下一级旋风筒进、出口及筒体锥部位置等区域；所述智能控制系统(1)包括窑炉的氮氧化物浓度预测模块(1-1)、工况判断模块(1-2)、喷枪优选模块(1-3)、喷氨量控制模块(1-4)。
2.根据权利要求1所述的一种水泥窑炉用智能化SNCR脱硝系统，其特征在于，所述在线调节喷射系统(6)包括喷枪调节装置(6-1)、喷枪组(6-2)。
3.根据权利要求2所述的一种水泥窑炉用智能化SNCR脱硝系统，其特征在于，所述喷枪调节装置(6-1)包括插入角度调节功能与插入深度调节功能及喷枪型式调节功能。
4.一种水泥窑炉用智能化SNCR脱硝控制方法，其特征在于:包括以下步骤：
S1：智能控制系统(1)中窑炉的氮氧化物浓度预测模块(1-1)根据烧成系统实时运行参数，并结合原燃料成分测验值，同时实时关联头尾煤的下料量及其波动速率，头尾煤数据要精确到千克级，来立体预测窑炉中各处特别是喷射点附近区域氮氧化物浓度分布及窑炉中各喷枪处流速分布、气氛组成，预测值反馈至喷氨量控制模块(1-4)，进而通过分配装置(5)对总氨水用量进行调节控制；
S2：智能控制系统(1)结合各喷氨点的核心参数对各喷氨点的脱硝效率进行评级，根据评级结果控制调节各喷氨点的喷枪组(6-2)的具体喷射量；
S3：智能控制系统(1)中已包含喷枪雾距、穿透力度、雾粒细度与水压、气压关系数据库，在对喷射量控制的同时，其能根据各喷氨点的温度分布、粉尘、气体流速、气氛组成等参数，实时调整喷枪的角度、位置，使喷枪喷雾效果和脱硝效果达到与此处工况相配的最佳状态。
S4：智能控制系统(1)根据根据各喷氨点的温度分布、粉尘、气体流速、气氛组成等参数，分析并反馈此处最优的喷枪型式，进而指导在线调节喷射系统(6)选择最佳喷枪型式。
5.根据权利要求4所述的一种水泥窑炉用智能化SNCR脱硝控制方法，其特征在于，智能控制系统(1)能根据各喷射点的温度分布、流场及气氛组成反馈至中央控制室，进而判断并反馈此处喷枪组(6-2)的具体哪种型式更适合此处工况，并自动选择、使用该型式喷枪。
6.根据权利要求5所述的一种水泥窑炉用智能化SNCR脱硝控制方法，其特征在于，所述喷枪组(6-2)中各喷枪的气、液路压力均能单独调节，智能控制系统(1)通过分配装置(5)来调节气、液路压力，对喷枪的喷射距离及雾化程度进行小范围精确调整，以达到在线调节喷射系统(6)与此处气体浓度分部特别是氮氧化物分部进一步相匹配。
7.根据权利要求6所述的一种水泥窑炉用智能化SNCR脱硝控制方法，其特征在于，所述在线调节喷射系统(6)分层布置，每层布置2至4个，每个喷射点均布置一套。
8.根据权利要求7所述的一种水泥窑炉用智能化SNCR脱硝控制方法，其特征在于:通过对当前烧成工况的综合判断，智能调整每支喷枪的气、液流量及压力，喷枪组(6-2)的插入角度、插入深度及喷枪型式。
9.根据权利要求8所述的一种水泥窑炉用智能化SNCR脱硝控制方法，其特征在于:系统内置“黑灯”操作功能，即使生产线局部生产参数中断，系统也能根据数据的关联性以及以往数据库，具备继续高效工作的能力。
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2023
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